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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Fehlers in einem System zur pneumatischen Verstellung eines Stellelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind pneumatische Verstellungen eines Stellelements bekannt. Beispielsweise können Spoiler, insbesondere Bugspoiler, pneumatisch verstellt werden. Die pneumatische Verstellung erfolgt, indem ein oder zwei Luftbehälter mit Luft befüllt werden, bis sie ein vorgegebenes Volumen erreicht haben. Wenn die Luft wieder entweicht, wird das Stellelement zurück verstellt.
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Falls ein Fehler im System vorhanden ist, kann es sein, dass das Stellelement nicht korrekt verstellt wird, obwohl es gemäß dem System korrekt verstellt sein müsste.
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Die
DE 10 2015 116 317 A1 offenbart eine elektro-pneumatische Parkbremseinrichtung. Das System ist bistabil ausgebildet, um die Zustände „Fahren“ und „Parken“ darstellen zu können.
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Die
DE 10 2005 016 786 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Lecks in einem Fluidkraftsystem mit einer Fluidzufuhrleitung, die mit einer Vielzahl von Ventilen betriebsmäßig verbunden ist, die mit einer Vielzahl von Stellgliedern verbunden sind. Strömungssignale, die durch einen in der Zufuhrleitung angeordneten Strömungssensor erzeugt werden, werden verarbeitet, um Werte für den Fluidverbrauch über die Zeit hinweg zu erhalten, und Signale, die zum Ändern des Zustands der Vielzahl von Ventilen verwendet werden, werden verarbeitet, um eine Vielzahl von Episoden zu bestimmen. Jede der Vielzahl von Episoden entspricht einer Druckbeaufschlagung des speziellen Zweiges eines speziellen Stellglieds.
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Die
US 7 818 092 B2 offenbart ein System und ein Verfahren zur Bestimmung des Luftverbrauchs eines Systems zur pneumatischen Verstellung eines Stellelement. Die Bestimmung des Luftverbrauchs basiert darauf, dass Druck und Temperatur in einer Testdruckluftquelle gemessen werden und basierend darauf das Volumen an Luft berechnet wird, welches durch das System innerhalb eines bestimmten Zeitraums verbraucht wurde.
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Die
DE 10 2015 210 668 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes, wobei das Stellsystem ein Luftreservoir aufweist, in dem ein erster Druck herrscht. Das Luftreservoir ist über mindestens ein erstes Schaltventil mit einem Stellerraum des Stellsystems gekoppelt, in dem ein zweiter Druck herrscht. Der Stellerraum ist über mindestens jeweils ein zweites Schaltventil mit Schaltzylindern gekoppelt. Bei Ausführung einer Schaltung im Getriebe wird eine dem Stellerraum über das Schaltventil zugeführte Luftmasse und eine Luftmassensumme aus einer Luftmasse im Stellerraum und einer Luftmasse in aktiven Schaltzylindern ermittelt. Wenn die dem Stellerraum über das Schaltventil zugeführte Luftmasse größer als die Luftmassensumme ist, wird auf eine Fehlerleckage im pneumatischen Stellsystem geschlossen.
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Die
DE 10 2007 025 835 A1 offenbart eine Leckage-Erkennung an Druckluftsystemen. Die Diagnose wird am stehenden oder stillgelegten Fahrzeug durchgeführt. Für die Erkennung von unerlaubten Leckagen im Druckluftsystem des Fahrzeugs wird das Schaltverhalten eines Mehrkreisschutzventils und das spezifische Abklingverhalten einzelner Druckluftkreise in ein Modell abgebildet. Mit einer Drucküberwachung werden die Systemdrücke mit vorgegebenen Abtastraten überprüft und mittels Berechnungen Abweichungen vom zu erwartenden Modellverhalten festgestellt. Unter Berücksichtigung des zeitlichen Schaltverhaltens und unter Berücksichtigung der Volumen der diversen Druckbehälter kann eine Lokalisierung der Leckage auf einen einzelnen Druckluftkreis vorgenommen werden. Mit zusätzlichen Filteroperationen werden ordnungsgemäße, systembedingte Druckluftverluste herausgefiltert, um Fehldiagnosen möglichst zu vermeiden.
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Die
DE 103 24 514 B4 offenbart einen Stoßfänger mit einem Frontspoiler, der unterhalb des Stoßfängers angeordnet ist und mittels eines Verstellmechanismus in seiner Lage gegenüber dem Stoßfänger veränderbar ist.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fehler bei der pneumatischen Verstellung des Stellelements zu detektieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 7 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Stellelement kann durch Einbringung eines bekannten Luftvolumens in einen ersten Luftbehälter von einer ersten in eine zweite Position verstellt werden. Wenn das Luftvolumen wieder aus dem Behälter entweicht, kann eine Rückstellung des Stellelements in die zweite Position erfolgen.
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Der Luftdruck wird im ersten Luftbehälter gemessen, während Luft in den ersten Luftbehälter eingebracht wird. Wenn ein Schwellwert des Luftdrucks gemessen wird, wird ein berechnetes Luftvolumen unter Verwendung des gemessenen Luftdrucks berechnet. Der Schwellwert kann beispielsweise so gewählt werden, dass bei diesem Wert erwartet wird, dass das berechnete Volumen und das bekannte Volumen identisch sind. In diesem Fall kann die Einbringung der Luft in den ersten Luftbehälter gestoppt werden, wenn der Schwellwert gemessen wird.
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Anschließend wird eine Differenz zwischen dem berechneten Luftvolumen und dem bekannten Volumen ermittelt. Bei dieser Ermittlung können auch Leitungen berücksichtigt werden, durch die die Luft strömt, wenn sie in den ersten Luftbehälter eingebracht wird. Wenn das Volumen der Leitungen beispielsweise Bestandteil des bekannten Luftvolumens ist, muss es auch bei der Berechnung des berechneten Luftvolumens berücksichtigt werden. Wenn das Volumen der Leitungen nicht Bestandteil des bekannten Luftvolumens ist, darf es bei der Berechnung des berechneten Luftvolumens nicht berücksichtigt werden.
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Ein Fehler im System wird detektiert, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem berechneten Luftvolumen und dem bekannten Luftvolumen größer als ein erster Toleranzwert ist. Wenn der Betrag kleiner als der erste Toleranzwert ist, wird nicht von einem Fehler ausgegangen, da geringe Abweichungen zwischen dem bekannten Luftvolumen und dem berechneten Luftvolumen messbedingt, bauteilbedingt und/oder rechnungsbedingt sein können.
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Das oben beschriebene Verfahren eignet sich zur Fehlerdetektion, da aus dem gemessenen Luftdruck das berechnete Luftvolumen berechnet und anschließend mit dem bekannten Luftvolumen verglichen wird. Abweichungen lassen darauf schließen, dass entweder bei der Messung des Drucks ein Fehler aufgetreten ist oder - falls der Druck korrekt gemessen wurde - ein anderer Fehler vorliegen muss. Dies kann beispielsweise ein Loch in einer Außenwandung des ersten Luftbehälters oder eine abgeknickte Zuleitung zum ersten Luftbehälter sein.
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Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, da keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden. Der Druck im ersten Luftbehälter muss sowieso gemessen werden, um feststellen zu können, wann der gewünschte Luftdruck erreicht ist und die Einbringung von Luft gestoppt werden kann.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann bei der Detektion eines Fehlers im System ermittelt werden, ob das berechnete Luftvolumen größer oder kleiner als das bekannte Luftvolumen ist. Durch diese Ermittlung kann ein Rückschluss auf die Fehlerart durchgeführt werden. Wenn das berechnete Luftvolumen größer als das bekannte Luftvolumen ist, kann beispielsweise ein Loch in einer Außenwandung des ersten Luftbehälters sein. Wenn das berechnete Luftvolumen kleiner als das bekannte Luftvolumen ist, kann eine Zuleitung zum ersten Luftbehälter abgeknickt sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das berechnete Luftvolumen unter Verwendung des Außendrucks und/oder der Außentemperatur berechnet werden. Diese Parameter zu berücksichtigen, ist vorteilhaft, um das berechnete Luftvolumen besonders genau berechnen zu können.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann zur Berechnung des berechneten Luftvolumens zunächst ein Luftvolumenstrom in den ersten Luftbehälter berechnet werden, der über die für die Einbringung der Luft in den ersten Luftbehälter benötigten Zeit integriert wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann es notwendig sein, für die Verstellung des Stellelements von der ersten in die zweite Position ein bekanntes Luftvolumen in einen zweiten Luftbehälter einzubringen. Das bekannte Luftvolumen, das in den zweiten Luftbehälter eingebracht werden muss, kann dabei genauso groß sein wie das bekannte Luftvolumen, das in den ersten Luftbehälter eingebracht werden muss. Es ist aber auch möglich, dass das bekannte Luftvolumen, das in den zweiten Luftbehälter eingebracht werden muss, von dem Luftvolumen, das in den ersten Luftbehälter eingebracht werden muss, abweicht.
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Der Luftdruck im ersten Luftbehälter wird mit einem ersten Drucksensor und der Luftdruck im zweiten Luftbehälter wird mit einem zweiten Drucksensor gemessen. Nach Erreichen des Schwellwerts im ersten und/oder im zweiten Luftbehälter, werden die beiden Luftbehälter fluidisch miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein Ventil geöffnet wird. Anschließend werden die durch den ersten und den zweiten Drucksensor gemessenen Werte für den Luftdruck miteinander verglichen. Es wird ein Fehler detektiert, wenn die Differenz zwischen den gemessenen Werten für den Luftdruck größer als ein zweiter Toleranzwert ist. Eine gewisse Messabweichung ist dabei tolerierbar. Wenn die Differenz jedoch größer als der zweite Toleranzwert ist, wird davon ausgegangen, dass zumindest einer der beiden Drucksensoren defekt ist.
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Auch diese Ausführungsform der Erfindung verwendet zur Detektion eines Fehlers nur die beiden Drucksensoren, die sowieso schon im System vorhanden sind, um zu messen, wann der gewünschte Druck in den Luftbehältern vorhanden ist, um die Einbringung von Luft in die Luftbehälter stoppen zu können.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Stellelement als Luftleitmittel eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Das Luftleitmittel ist dazu ausgebildet, eine im Betrieb des Kraftfahrzeugs auftretende Luftströmung zu leiten. Dabei kann eine Kraft auf das Luftleitmittel wirken, die die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs - insbesondere bei Kurvenfahrten - verbessert. Diese Kraft kann insbesondere nach unten gerichtet sein. Für solch ein Luftleitmittel ist das Verfahren besonders vorteilhaft, da die Stellung des Luftleitmittels zuverlässig erfolgen muss und ein Benutzer eine falsche Stellung nicht erkennen kann, wenn er sich im Kraftfahrzeug befindet.
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Das computerlesbare Speichermedium gemäß Anspruch 7 umfasst computerlesbare Instruktionen, die dazu ausgebildet sind, ein System zur pneumatischen Verstellung eines Stellelements zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche zu veranlassen. Unter einem computerlesbaren Speichermedium wird dabei insbesondere verstanden, dass das Speichermedium durch eine elektronische Maschine gelesen werden kann. Dies kann neben einem Computer beispielsweise auch ein Steuergerät, ein Mikrochip oder eine speicherprogrammierbare Steuerung sein. Dasselbe gilt analog für die computerlesbaren Instruktionen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet.
- 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Das System 100 umfasst ein Steuermittel 101. Das Steuermittel 101 ist dazu ausgebildet, eine Verstellfunktion 102 und eine Sicherheitsfunktion 103 zu übernehmen. Das System umfasst außerdem einen Sensor 104 zur Messung der Außentemperatur und einen Sensor 105 zur Messung des Außendrucks. Die von den Sensoren 104 und 105 gelieferten Messwerte werden vom Steuermittel 101 für die Sicherheitsfunktion 103 verwendet.
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Das System umfasst außerdem einen ersten Drucksensor 106 und einen zweiten Drucksensor 109, einen ersten Luftbehälter 107 und einen zweiten Luftbehälter 110, ein erstes Ventil 108 und ein zweites Ventil 111 und ein Lufteinbringungsmittel 112. Das Lufteinbringungsmittel 112 kann beispielsweise eine Pumpe oder ein Kompressor sein.
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Der erste Luftbehälter 107 ist fluidisch mit dem ersten Drucksensor 106 verbunden. Der zweite Luftbehälter 110 ist fluidisch mit dem zweiten Drucksensor 109 verbunden. Außerdem sind der erste Luftbehälter 107 über das erste Ventil 108 und der zweite Luftbehälter 110 über das zweite Ventil 111 fluidisch mit dem Lufteinbringungsmittel 112 verbunden.
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Das System 100 ist dazu ausgebildet, ein Stellelement zu verstellen. Dies erfolgt dadurch, dass die Luftbehälter 107 und 110 mit Luft gefüllt werden. Zu diesem Zweck öffnet das Steuermittel 101 die Ventile 108 und 111 und schaltet das Lufteinbringungsmittel 112 ein. Das Lufteinbringungsmittel 112 fördert dann Luft in die Luftbehälter 107 und 110. Wenn die durch die Drucksensoren 106 und 109 gemessenen Werte einen Schwellwert übersteigen, schaltet das Steuermittel 101 das Lufteinbringungsmittel 112 aus.
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Alternativ zur obigen Verstellung des Stellelements, kann die Verstellung auch erfolgen, indem zunächst das erste Ventil 108 geöffnet wird und das Lufteinbringungsmittel 112 eingeschaltet wird, bis der erste Drucksensor 106 einen Wert misst, der den Schwellwert übersteigt. Dann wird das erste Ventil 108 geschlossen und das zweite Ventil 111 geöffnet, bis auch der zweite Drucksensor 109 einen Wert misst, der den Schwellwert übersteigt. Dann wird das Lufteinbringungsmittel ausgeschaltet und das erste Ventil 108 wieder geöffnet, sodass die beiden Luftbehälter 107 und 110 fluidisch miteinander verbunden sind.
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Nun führt das Steuermittel 101 einen Abgleich der von den Drucksensoren 106 und 109 gemessenen Werte durch, während die beiden Ventile 108 und 111 geöffnet und das Lufteinbringungsmittel 112 ausgeschaltet ist. Wenn die Differenz zwischen den beiden Werten größer als eine Messtoleranz ist, gibt das Steuermittel 101 eine Fehlermeldung aus, dass zumindest einer der beiden Drucksensoren 106 und 109 fehlerhaft ist.
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In 2 ist oben, beginnend mit Schritt 200, ein Verfahren zur Detektion eines Fehlers in einem der Drucksensoren 106 und 109 dargestellt. In Schritt 200 wird die Abfrage durchgeführt, ob das Stellelement sich in einer Endposition befindet. Eine Endposition kann beispielsweise die derzeit vom Benutzer gewünschte Position sein. Wenn das Stellelement noch nicht in der Endposition ist, wird der Schritt wiederholt. Sobald das Stellelement in der Endposition ist, wird Schritt 201 ausgeführt. Dies bedeutet, dass die beiden Ventile 108 und 111 geöffnet werden, während das Lufteinbringungsmittel 112 ausgeschaltet ist. In Schritt 201 wird dann detektiert, ob die beiden Drucksensoren 106 und 109 Werte messen, die nicht mehr als um eine Messtoleranz voneinander abweichen. Wenn die beiden Werte höchstens mit der Messtoleranz voneinander abweichen, wird in Schritt 204 kein Fehler detektiert. Wenn die Abweichung größer als die Messtoleranz ist, wird in Schritt 203 detektiert, dass zumindest einer der beiden Drucksensoren 106 und 109 einen Fehler aufweist.
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Dieses Verfahren zur Fehlerdetektion ist vorteilhaft, da lediglich die ohnehin für die Verstellung des Stellelements benötigten Drucksensoren 106 und 109 benötigt werden. Es werden keine weiteren Sensoren zur Fehlerdetektion benötigt.
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Wenn das Stellelement verstellt werden soll, startet das in 2 weiter unten dargestellte Verfahren mit Schritt 205. In diesem Schritt wird das Lufteinbringungsmittel 112 eingeschaltet und das erste Ventil 108 geöffnet. Anschließend wird in Schritt 206 detektiert, ob der durch den ersten Drucksensor 106 gemessene Wert den Schwellwert erreicht hat. Wenn dieser Schwellwert erreicht ist, wird in Schritt 207 das erste Ventil 108 geschlossen und das Lufteinbringungsmittel 112 ausgeschaltet.
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Parallel zu den Schritten 205 bis 207 werden die Sicherheitsschritte 213 bis 217 ausgeführt. Zunächst wird in Schritt 213 die aktuelle Luftmenge im ersten Luftbehälter 107 berechnet. Zu diesem Zweck können die Messwerte der Sensoren 104 bis 106 verwendet werden. Aus der berechneten Luftmenge wird in Schritt 214 ein Volumenstrom abgeleitet, aus dem dann in Schritt 215 die durch das Lufteinbringungsmittel 112 in den ersten Luftbehälter 107 geförderte Luftmenge berechnet wird, indem der Volumenstrom über die benötigte Zeit integriert wird. Darauf folgend wird in Schritt 216 die Differenz zwischen der berechneten Luftmenge und dem bekannten Luftvolumen des ersten Luftbehälters 107 gebildet. Falls der Betrag der Differenz größer als ein Toleranzwert ist, wird in Schritt 217 ein Fehler detektiert. Falls der Betrag kleiner als der oder gleich dem Toleranzwert ist, wird in Schritt 218 detektiert, dass kein Fehler vorliegt.
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Anschließend wird in Schritt 208 detektiert, ob auch der zweite Luftbehälter 110 mit Luft gefüllt werden soll, um das Stellelement zu verstellen. Falls dies so ist, wird in Schritt 209 das Lufteinbringungsmittel 112 eingeschaltet und das zweite Ventil 111 geöffnet. In Schritt 210 wird dann detektiert, ob der durch den zweiten Drucksensor 109 gemessene Wert den Schwellwert erreicht hat. Sobald der Schwellwert erreicht ist, wird das zweite Ventil 111 geschlossen und das Lufteinbringungsmittel 112 ausgeschaltet. In Schritt 212 wird das Verfahren dann gestoppt.
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Parallel zu den Schritten 209 bis 211 werden die Sicherheitsschritte 219 bis 224 ausgeführt. In Schritt 219 wird - ähnlich wie in Schritt 213 für den ersten Luftbehälter 107 - die aktuelle Luftmenge im zweiten Luftbehälter 110 unter Verwendung der Messwerte der Sensoren 104, 105 und 109 berechnet. In Schritt 220 wird - ähnlich wie in Schritt 214 für den ersten Luftbehälter 107 - der Volumenstrom aus der Luftmenge im zweiten Luftbehälter 110 abgeleitet. In Schritt 221 wird - ähnlich wie in Schritt 215 für den ersten Luftbehälter 107 - die durch das Lufteinbringungsmittel 112 in den zweiten Luftbehälter 110 geförderte Luftmenge berechnet, indem der Volumenstrom über die benötigte Zeit integriert wird. In Schritt 222 wird dann die Differenz zwischen der berechneten Luftmenge und dem bekannten Luftvolumen des zweiten Luftbehälters 110 gebildet. Falls der Betrag der Differenz größer als ein Toleranzwert ist, wird in Schritt 223 ein Fehler detektiert. Falls der Betrag kleiner als der oder gleich dem Toleranzwert ist, wird in Schritt 224 detektiert, dass kein Fehler vorliegt.
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Für die Fehlerdetektion in den Schritten 213 bis 224 werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Es genügen die Drucksensoren 106 und 109 und die Sensoren 104 für die Außentemperatur und 105 für den Außendruck.
